JP5635482B2

JP5635482B2 - 弾性膜

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Publication number: JP5635482B2
Application number: JP2011261327A
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Inventors: 安田　穂積; 穂積安田; 和英渡辺; 並木　計介; 計介並木; 鍋谷　治; 治鍋谷; 誠福島; 暁山木; 真吾富樫
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Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2014-12-03
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Description

本発明は、研磨対象物である基板を保持して研磨面に押圧する基板保持装置、特に、半導体ウエハ等の基板を研磨して平坦化する研磨装置において該基板を保持する基板保持装置に使用される弾性膜に関するものである。

近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。従って、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。

従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ_２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド等の研磨面上に供給しつつ半導体ウエハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。

この種の研磨装置は、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、基板（半導体ウエハ）を保持する基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いて基板の研磨を行う場合には、基板保持装置により基板を保持しつつ、基板を研磨面に対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相対運動させることにより基板が研磨面に摺接し、基板の表面が平坦かつ鏡面に研磨される。

このような研磨装置において、研磨中の基板と研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が基板の全面に亘って均一でない場合には、基板の各部分に与えられる押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。基板に対する押圧力を均一化するために、基板保持装置の下部に弾性膜から形成される圧力室を設け、この圧力室に圧縮空気などの圧力流体を供給することで弾性膜を介して流体圧により基板を押圧することが行われている。

基板保持装置に使用される弾性膜には、柔軟な性質により弾性膜の上面に形成される圧力室の流体圧を効率的に基板に伝え、基板の端部まで均一な圧力で基板を押圧するため、ゴムなどの柔軟な素材が一般に使用されている。また、一般に、基板保持装置には、基板の外周縁部のみが多く研磨される、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまうことを防止するため、基板保持装置で保持した基板の外周部に位置して、リテーナリングが上下動自在に備えられている（特許文献１参照）。

このようなリテーナリングを上下動自在に備えた基板保持装置にあっては、弾性膜の基板との当接面を有する当接部の該当接面に沿った変形量（伸び量）、つまり弾性膜の当接部の当接面と平行な変形量（伸び量）が該弾性膜とリテーナリングとの間に形成される空隙量を超えると、弾性膜の外周端部とリテーナリングが互いに干渉して両者の間に摩擦力が生じる。そして、このように摩擦力が生じると、基板の外周部におけるリテーナリングの研磨面に対する押圧力の損失に繋がる。

このため、弾性膜の外周端部に金属製等のリングを取り付けて弾性膜の基板と当接する当接面を有する当接部の外形の変形を抑制し、これによって、弾性膜の変形で弾性膜がリテーナリングに接触するのを低減させることが提案されている（特許文献２参照）。

しかし、特許文献２に記載の発明は、弾性膜の基板と当接する当接面を有する当接部自体の該当接面に沿った変形（当接面に平行な弾性膜の当接部自体の伸び）を避けるようにしたものではなく、このため、弾性膜の当接部の中心部での変形量と外周部での変形量との間に差が生じて当接部全体の変形量に分布（ばらつき）が発生すると考えられる。このように、当接部全体の変形量に分布（ばらつき）が発生すると、弾性膜の当接部が弛み、また当接部の基板との当接面に皺が生じて、弾性膜の当接部の当接面と基板との間の接触が不均一となる。

出願人は、弾性膜の基板との当接面を有する当接部の隣接する２つの圧力室に跨る位置に、弾性膜より剛性の高い材料からなるダイヤフラムを設けることによって、弾性膜の当接部を部分的に補強するようにした技術を提案している（特許文献３参照）。これにより、異なる圧力室間に形成される圧力勾配を広い範囲に亘って緩和することができる。

しかし、特許文献３に記載の発明は、弾性膜の基板との当接面を有する当接部の該当接面に沿った変形を該当接部のほぼ全域に亘って均一に抑制することにより、弾性膜の当接部の外周端部がリテーナリングに干渉することを防止するようにしたものではなく、このため、基板のエッジ部での狭い範囲での圧力を制御したい場合などには適さないと考えられる。

なお、弾性膜によって形成される圧力室に流体圧を加えることによって生じる、弾性膜の基板との当接面を有する当接部自体の該当接面に沿った変形（伸び）を予め考慮して、弾性膜の外形とリテーナリングの内形を決定することにより、弾性膜とリテーナリングの接触を抑制することも可能である。しかし、この場合、（１）使用する流体圧の条件により弾性膜の外形とリテーナリングの内形を変える必要が生じることがあり、弾性膜やリテーナリングの品種が増加したり、（２）弾性膜の外形やリテーナリングの内形の変更が研磨性能に影響したりする、といったリスクがある。

特許第４５１５０４７号公報特開２００１−５４８５５号公報特開２００９−１３１９２０号公報

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、基板との当接面を有する当接部自体の該当接面に沿った変形（伸び）を、当接部の中心部から外周部のほぼ全域に亘って均一に抑制して、弾性膜と該弾性膜の外周部に配置されるリテーナリングとの接触を低減させるとともに、当接部に弛みが生じたり、当接面に皺が生じることを防止して、当接部の当接面の基板との均一な接触を確保できるようにした弾性膜を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様は、基板の外周部にリテーナリングを位置させて基板を保持する基板保持装置に用いられる弾性部材であって、当接部と、第１周壁部と、第２周壁部を有する弾性膜と、前記弾性膜より剛性が高く、前記弾性膜の当接部をほぼ全域に亘って補強する第１補強部材とを備え、前記弾性膜の当接部は、基板と当接する当接面を有し、前記弾性膜の第１周壁部は、前記当接部の外周端に連接されて上方に延び、前記弾性膜の第２周壁部は、前記第１周壁部の内側で前記当接部に連接されて上方に延び、前記弾性膜の第２周壁部は、外側に第１圧力室を、内側に第２圧力室をそれぞれ形成し、前記第１補強部材は、前記弾性膜の当接部のほぼ全域に亘って埋設されていることを特徴とする。

このように、基板と当接する当接面を有する当接部を、そのほぼ全域に亘って弾性膜より剛性の高い補強部材で補強することにより、当接部自体の当接面に沿った変形（伸び）を、当接部の中心部から外周部のほぼ全域に亘って均一に抑制して、弾性膜と該弾性膜の外周部に配置されるリテーナリングとの接触を低減させるとともに、当接部に弛みが生じたり、当接面に皺が生じることを防止して、当接部の当接面を基板に均一に接触させることができる。

基板が円形で前記当接部が円形である時、前記補強部材は、前記当接部のほぼ全域に、放射状、同心円状または渦巻き状に配置された糸状部材から成ることが好ましい。

これにより、当接部自体の当接面と垂直な方向の変形を極力許容しつつ、当接部自体の当接面に沿った変形（伸び）を抑制することができる。糸状部材が放射状に配置される場合、互いに隣り合う糸状部材のなす角度（ピッチ角度）は、５°以下であることが望ましい。また、糸状部材が同心円状または渦巻き状に配置される場合、半径方向に沿った互いに隣り合う糸状部材の間隔は、２０ｍｍ以下であることが好ましい。

前記補強部材は、前記当接部のほぼ全域に格子状に配置された糸状部材から成るようにしても良い。この場合、格子状に配置された糸状部材の縦方向及び横方向に沿ったピッチは、共に２０ｍｍ以下であることが好ましい。

前記補強部材は、前記当接部のほぼ全域に配置された不織布または織布から成るようにしても良く、また樹脂板から成るようにしても良い。
不織布または織布により弾性膜の当接部を補強する場合、等方的な性状を持つ不織布または織布を使用することが望ましい。また、シート状の樹脂板により弾性膜の当接部を補強する場合、樹脂板の厚さは、１ｍｍ以下であることが望ましい。これにより、当接部自体の当接面に沿った変形（伸び）を抑制しつつ、当接部自体の当接面に垂直な方向への変形を極力阻害しないようにすることができる。

前記当接部に吸着穴が設けられている場合、前記吸着穴及びその周囲を除く領域に前記補強部材が配置されるようにすることが好ましく、これによって、吸着穴の全部または一部が補強部材で閉塞されてしまうことを防止することができる。

前記第１周壁部と前記第２周壁部の少なくとも一方を、弾性膜より剛性の高い第２補強部材により補強するようにしても良い。
これにより、第１周壁部と第２周壁部の少なくとも一方と当接部との間の伸縮性を確保しつつ、第１周壁部と第２周壁部の少なくとも一方を第２補強部材で当接部と分離して補強することができる。

前記第２補強部材は、高さ方向に沿って所定間隔離間して配置された糸状部材、コイル状の糸状部材、樹脂板、不織布または織布から成ることが好ましい。

前記第１周壁部の外側面に低摩擦部材が取り付けられていることが好ましい。
このように、当接部の外周端に配置した第１周壁部の外側面に低摩擦部材を取り付けることにより、弾性膜の当接部の伸びにより第１周壁部とリテーナリングが接触した場合でも、リテーナリングの基板の外周部への押圧力の損失を低減させることができる。

前記低摩擦部材は、コーティング皮膜であることが好ましく、このコーティング皮膜は、含浸コーティング皮膜であっても良く、フッ素樹脂から成るコーティング皮膜であっても良い。
本発明の別の態様は、基板の外周部にリテーナリングを位置させて基板を保持する基板保持装置に用いられる弾性部材であって、当接部と、第１周壁部と、第２周壁部を有する弾性膜と、前記弾性膜より剛性が高く、前記弾性膜の当接部をほぼ全域に亘って補強する第１補強部材と、前記弾性膜より剛性が高い第２補強部材とを備え、前記弾性膜の当接部は、基板と当接する当接面を有し、前記弾性膜の第１周壁部は、前記当接部の外周端に連接されて上方に延び、前記弾性膜の第２周壁部は、前記第１周壁部の内側で前記当接部に連接されて上方に延び、前記弾性膜の第２周壁部は、外側に第１圧力室を、内側に第２圧力室をそれぞれ形成し、前記第２補強部材は、前記当接部との連接部を除いて、前記第１周壁部と前記第２周壁部の少なくとも一方を補強することを特徴とする。
本発明のさらに別の態様は、基板の外周部にリテーナリングを位置させて基板を保持する基板保持装置に用いられる弾性部材であって、当接部と、第１周壁部と、第２周壁部を有する弾性膜と、前記弾性膜より剛性が高く、前記弾性膜の当接部をほぼ全域に亘って補強する第１補強部材とを備え、前記弾性膜の当接部は、基板と当接する当接面を有し、前記弾性膜の第１周壁部は、前記当接部の外周端に連接されて上方に延び、前記弾性膜の第２周壁部は、前記第１周壁部の内側で前記当接部に連接されて上方に延び、前記弾性膜の第２周壁部は、外側に第１圧力室を、内側に第２圧力室をそれぞれ形成し、前記第１周壁部の外側面に低摩擦部材が取り付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、弾性膜によって形成される圧力室に流体圧を加えることによって生じる、弾性膜の基板との当接面を有する当接部自体の該当接面に沿った変形（伸び）を、当接部の中心部から外周部に亘って均一に抑制し、これによって、弾性膜とリテーナリングとの接触から生じる基板の外周部へのリテーナリングによる押圧力の損失やばらつきを低減させるとともに、当接部に弛みが生じたり、当接面に皺が生じることを防止して、当接面の基板との均一な接触を確保して、基板の全面に亘って所望の圧力で押圧することが可能となる。

更に、当接部の外周端に配置した第１周壁部の外側面に低摩擦部材を取り付けることにより、弾性膜の当接部の伸びにより第１周壁部とリテーナリングが接触した場合でも、リテーナリングの基板の外周部への押圧力の損失を低減させることができる。

本発明に係る弾性膜を備えた基板保持装置を有する研磨装置の全体構成を示す模式図である。図１に示す基板保持装置の模式的な断面図である。図２に示す基板保持装置に備えられている本発明の実施形態の弾性膜の一部を示す断面図である。図３に示す弾性膜の当接部と補強部材との関係を示す図である。本発明の他の実施形態の弾性膜の一部を示す断面図である。図５に示す弾性膜の当接部と補強部材との関係を示す図である。本発明の更に他の実施形態の弾性膜の当接部と補強部材との関係の一部を示す図である。本発明の更に他の実施形態の弾性膜の当接部と補強部材との関係を示す図である。本発明の他の実施形態の弾性膜の一部を示す断面図である。図９に示す弾性膜の当接部と補強部材との関係を示す図である。本発明の他の実施形態の弾性膜の一部を示す断面図である。本発明の他の実施形態の弾性膜の一部を示す断面図である。本発明の他の実施形態の弾性膜の一部を示す断面図である。本発明の他の実施形態の弾性膜の一部を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図１乃至図１４において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明に係る弾性膜を備えた基板保持装置を有する研磨装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨テーブル１００と、研磨対象物である半導体ウエハ等の基板Ｗを保持して研磨テーブル１００上の研磨面１０１ａに押圧する基板保持装置（トップリング）１とを備えている。

研磨テーブル１００は、テーブル軸１００ａを介してその下方に配置されるモータ（図示せず）に連結されており、そのテーブル軸１００ａ周りに回転可能になっている。研磨テーブル１００の上面には研磨パッド１０１が貼付されており、研磨パッド１０１の表面が基板Ｗを研磨する研磨面１０１ａを構成している。研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に研磨液Ｑが供給される。

基板保持装置１は、主軸１１１に接続されており、この主軸１１１は、上下動機構１２４により研磨ヘッド１１０に対して上下動するようになっている。この主軸１１１の上下動により、研磨ヘッド１１０に対して基板保持装置１の全体を昇降させ位置決めする。なお、主軸１１１の上端にはロータリージョイント１２５が取り付けられている。

主軸１１１及び基板保持装置１を上下動させる上下動機構１２４は、軸受１２６を介して主軸１１１を回転可能に支持するブリッジ１２８と、ブリッジ１２８に取り付けられたボールねじ１３２と、支柱１３０により支持された支持台１２９と、支持台１２９上に設けられたＡＣサーボモータ１３８とを備えている。サーボモータ１３８を支持する支持台１２９は、支柱１３０を介して研磨ヘッド１１０に固定されている。

ボールねじ１３２は、サーボモータ１３８に連結されたねじ軸１３２ａと、このねじ軸１３２ａが螺合するナット１３２ｂとを備えている。主軸１１１は、ブリッジ１２８と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ１３８を駆動すると、ボールねじ１３２を介してブリッジ１２８が上下動し、これにより主軸１１１及び基板保持装置１が上下動する。

主軸１１１は、キー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２は、その外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。研磨ヘッド１１０には昇降用モータ１１４が固定されており、上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介して昇降用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。したがって、昇降用モータ１１４を回転駆動することによって、タイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、及びタイミングプーリ１１３を介して、回転筒１１２及び主軸１１１が一体に回転し、基板保持装置１が回転する。なお、研磨ヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持された旋回軸１１７によって支持されている。

図１に示すように構成された研磨装置において、基板保持装置１は、その下面に半導体ウエハなどの基板Ｗを保持できるようになっている。研磨ヘッド１１０は、旋回軸１１７を中心として旋回可能に構成されており、下面に基板Ｗを保持した基板保持装置１は、研磨ヘッド１１０の旋回により基板Ｗの受取位置から研磨テーブル１００の上方に移動される。そして、基板保持装置１を下降させて基板Ｗを研磨パッド１０１の研磨面（表面）１０１ａに押圧する。このとき、基板保持装置１及び研磨テーブル１００をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１００の上方に設けられた研磨液供給ノズル１０２から研磨パッド１０１上に研磨液を供給する。このように、基板Ｗを研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに摺接させて基板Ｗの表面を研磨する。

次に、基板保持装置１について説明する。図２は、研磨対象物である基板Ｗを保持して研磨テーブル１００上の研磨面１０１ａに押圧する基板保持装置１の模式的な断面図である。図２においては、基板保持装置１を構成する主要構成要素だけを図示している。

図２に示すように、基板保持装置１は、基板Ｗを研磨面１０１ａに対して押圧する装置本体２と、研磨面１０１ａを直接押圧するリテーナリング３とから基本的に構成されている。装置本体２は、概略円盤状の部材からなり、リテーナリング３は装置本体２の外周部に配置されている。装置本体２は、エンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。装置本体２の下面には、基板Ｗの裏面に当接する弾性膜４が取り付けられている。弾性膜４は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。

弾性膜４は、基板Ｗの裏面（上面）のほぼ全面に当接する当接面４２ａを有する平板状の当接部４２と、当接部４２の外周端に連接されて上方に延びる第１周壁部４４と、第１周壁部４４の内側に位置し当接部４２に連接されて上方に延びる第２周壁部４６とを有している。そして、弾性膜４は、第１周壁部４４及び第２周壁部４６の上部を装置本体２に連結して装置本体２に固定され、これによって、装置本体２と弾性膜４との間には、第１周壁部４４と第２周壁部４６との間に位置して環状の第１圧力室５が、第２周壁部４６で周囲を包囲された領域内に位置して円筒形の第２圧力室７がそれぞれ形成されるようになっている。この例では、第１周壁部４４及び第２周壁部４６は、当接部４２から鉛直方向に立ち上がるようにして当接部４２に連接されている。

装置本体２内には、第１圧力室５に連通する流路１１と第２圧力室７に連通する流路１３とが形成されている。そして、流路１１はチューブやコネクタ等からなる流路２１を介して流体供給源３０に接続されており、流路１３はチューブやコネクタ等からなる流路２３を介して流体供給源３０に接続されている。流路２１には開閉バルブＶ１と圧力レギュレータＲ１が設置されており、流路２３には開閉バルブＶ３と圧力レギュレータＲ３が設置されている。流体供給源３０は、圧縮空気等の圧力流体を供給するようになっている。

リテーナリング３の直上にもリテーナ室９が形成されており、リテーナ室９は、装置本体２内に形成された流路１５及びチューブやコネクタ等からなる流路２５を介して流体供給源３０に接続されている。流路２５には開閉バルブＶ５と圧力レギュレータＲ５が設置されている。圧力レギュレータＲ１，Ｒ３及びＲ５は、流体供給源３０から第１圧力室５、第２圧力室７及びリテーナ室９に供給する圧力流体の圧力を調整する圧力調整機能を有している。そして、圧力レギュレータＲ１，Ｒ３及びＲ５、並びに開閉バルブＶ１，Ｖ３及びＶ５は、これらの作動を制御する制御装置３３に接続されている。

図２に示すように構成された基板保持装置１においては、弾性膜４と装置本体２との間に第１圧力室５と第２圧力室７が形成され、リテーナリング３の直上にリテーナ室９が形成され、これら第１圧力室５、第２圧力室７及びリテーナ室９に供給する流体の圧力を圧力レギュレータＲ１，Ｒ３，Ｒ５によってそれぞれ独立に調整することができる。このような構造により、基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を基板Ｗの領域毎に調整でき、かつリテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整できる。

すなわち、第１圧力室５の直下にある基板の環状領域（リンク状エリア）、第２圧力室７の直下にある基板の円形領域（円形エリア）ごとに研磨パッド１０１に押圧する押圧力を独立に調整でき、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を独立に調整できる。

弾性膜４と装置本体２との間に形成された第１圧力室５及び第２圧力室７内に圧力流体を導入して第１圧力室５及び第２圧力室７を加圧すると、弾性膜４の当接部４２に基板Ｗとの当接面４２ａに沿った変形（伸び）、つまり当接面４２ａと平行な変形（伸び）が生じ、当接部４２の外周端に連接した第１周壁部４４がリテーナリング３の内周面に接触する恐れがある。この第１周壁部４４のリテーナリング３の内周面への接触を防止するためには、例えば、直径３００ｍｍの基板Ｗを研磨するのに使用される弾性膜４として、第１圧力室５及び第２圧力室７の内圧が５０ｋＰａ時、弾性膜４の当接部４２の径方向変形量（伸び量）が１ｍｍ以下のものを使用することが望ましい。しかし、このような素材の弾性膜４を使用すると、弾性膜４の当接面４２ａと垂直方向の変形（伸び）が不足してしまう。

そのため、この例では、図３及び図４に示すように、当接部４２の内部に、当接部４２のほぼ全域に亘って、弾性膜４より剛性（縦弾性係数）の高いシート状の樹脂板５０からなる補強部材を埋設し、この樹脂板（補強部材）５０で当接部４２のほぼ全域を補強している。これによって、弾性膜４として、当接面４２ａと垂直方向に十分な変形（伸び）を行える剛性（弾性）を有する素材を使用し、当接部４２のほぼ全域を樹脂板（補強部材）５０で補強して、当接部４２自体の当接面４２ａに沿った変形（伸び）を、当接部４２の中心部から外周部のほぼ全域に亘って均一に抑制することができる。これにより、弾性膜４と該弾性膜４の外周部に配置されるリテーナリング３との接触を低減させるとともに、当接部４２に弛みが生じたり、当接面４２ａに皺が生じることを防止して、当接部４２の当接面４２ａを基板Ｗに均一に接触させることができる。

この例では、樹脂板５０で当接部４２を補強することによって、当接部４２の当接面４２ａに垂直な方向への変形が阻害されてしまうことを防止するため、厚みｔが１ｍｍ以下の樹脂板５０を使用している。
尚、樹脂板５０等の補強部材は、弾性膜４の基板Ｗとの当接面およびリテーナリング３に対峙する外周面（流体圧力をかける面と反対の面）に露出しないように配置する必要がある。弾性膜４の基板Ｗとの当接面や側壁外周面などの表面に補強部材の繊維等が露出していると繊維等からの発塵が懸念され、また、弾性膜４の表面に露出した繊維等にスラリーが固着し、そのスラリー固着物が基板Ｗへのスクラッチソースになる可能性があるためである。

この例のように、第１周壁部４４及び第２周壁部４６が当接部４２に連接されて上方に延びている場合、第１周壁部４４及び第２周壁部４６には、当接部４２の当接面４２ａに対して垂直な方向への十分な伸縮性が求められる。これは、第１周壁部４４及び第２周壁部４６が当接部４２の当接面４２ａに対して垂直な方向へ十分な伸縮性を有さないと、第１周壁部４４及び第２周壁部４６に対応する位置に位置する基板Ｗに対する押圧力が局所的に低下して面圧分布が生じて、研磨速度が基板面内で不均一になるからである。

そこでこの例では、上記面圧分布の発生を抑えつつ、弾性膜４の当接部４２の当接面４２ａに沿った変形（伸び）を抑制するため、当接部４２のみを補強し、第１周壁部４４及び第２周壁部４６に対する補強は行わないようにしている。

なお、図示していないが、弾性膜４には基板Ｗを真空吸着するための複数の吸着孔が設けられており、これらの吸着孔は第１圧力室５及び第２圧力室７の内部に連通している。そして、第１圧力室５及び第２圧力室７内を真空引きすることで、基板Ｗを弾性膜４の当接面４２ａに当接させて吸着保持できるになっている。この例では、樹脂板（補強部材）５０は、これらの吸着穴及びそれらの周囲を除く領域に配置され、これによって、吸着穴の全部または一部が樹脂板（補強部材）５０で閉塞されないようになっている。このことは、以下の各例においても同様である。

次に、図２に示すように構成された基板保持装置１によって基板Ｗの研磨を行う場合を説明する。

基板保持装置１は、基板受渡し装置から基板Ｗを受け取り真空吸着により保持する。基板Ｗを真空吸着により保持した基板保持装置１は、予め設定した基板保持装置１の研磨時設定位置まで下降する。この研磨時設定位置では、リテーナリング３は研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに接地しているが、研磨前は、基板保持装置１で基板Ｗを吸着保持しているので、基板Ｗの下面（被研磨面）と研磨パッド１０１の研磨面１０１ａとの間には、わずかな間隙（例えば、約１ｍｍ）がある。このとき、研磨テーブル１００及び基板保持装置１は、ともに回転駆動されている。

この状態で、開閉バルブＶ１及び開閉バルブＶ３を同時に開き、流体供給源３０から第１圧力室５及び第２圧力室７に圧力流体を供給して、基板Ｗの裏面側にある弾性膜４を膨らませ、基板Ｗの上面を弾性膜４の当接部４２の当接面４２ａに当接させて基板Ｗを下方に押圧する。これによって、基板Ｗの下面（被研磨面）を研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに接地させる。そして、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに研磨液供給ノズル１０２から研磨液Ｑを供給して、基板Ｗの表面の研磨を行う。

このように、流体供給源３０から第１圧力室５及び第２圧力室７に圧力流体を供給して、基板Ｗの裏面側にある弾性膜４を膨らませると、弾性膜４の特に当接部４２が当接面４２ａに沿って変形する。

この例によれば、基板Ｗと当接する当接面４２ａを有する当接部４２を、そのほぼ全域に亘って、弾性膜４より剛性（縦弾性係数）の高い樹脂板（補強部材）５０で補強することにより、当接部４２自体の当接面４２ａに沿った変形（伸び）を、当接部４２の当接面４２ａと直角の方向の変形を極力許容したまま、当接部４２の中心部から外周部のほぼ全域に亘って均一に抑制することができる。これにより、弾性膜４と該弾性膜４の外周部に配置されるリテーナリング３との接触を低減させるとともに、当接部４２に弛みが生じたり、当接面４２ａに皺が生じることを防止して、当接部４２の当接面４２ａを基板Ｗに均一に接触させることができる。

なお、上記の例では、弾性膜４の当接部４２のほぼ全域を弾性膜４より剛性（縦弾性係数）の高い樹脂板５０で補強した例を示しているが、樹脂板５０の代わりに、弾性膜４より剛性（縦弾性係数）の高い織布または不織布を補強部材として使用して、弾性膜４の当接部４２のほぼ全域を織布または不織布で補強するようにしても良い。織布や不織布等の布には、一般に伸縮性に方向性があり、繊維に平行な方向に対しては伸縮性の抑制効果があるが、それ以外の方向に対しては抑制効果が低い。このため、弾性膜４の当接部４２のほぼ全域を織布または不織布で補強する場合には、等方的な性状を持つ織布や不織布を使用することが望ましい。このような等方的な性状を持つ織布や不織布は、２種類の織布や不織布を組合せることで得ることができる。

図５及び図６は、本発明の更に他の実施形態の弾性膜４ａを示す。この例の弾性膜４ａの図２乃至図４に弾性膜４と異なる点は、弾性膜４ａの当接部４２の内部に、当接部４２ほぼ全域に亘って、当接部４２の中心を中心として同心円状に配置した、弾性膜４ａよりも剛性（縦弾性係数）が高い複数のリング状の糸状部材５２から成る補強部材を埋設し、このリング状の糸状部材（補強部材）５２で当接部４２のほぼ全域を補強している点にある。

糸状部材５２の材料としては、ステンレスワイヤー等の金属材料や、アラミド繊維、ナイロンまたはポリエステル等の樹脂材料のように、強度に優れたものが挙げられる。このことは、以下の各例においても同様である。

この例のように、同心円状に配置されるリング状の糸状部材（補強部材）５２で当接部４２のほぼ全域を補強する場合、半径方向に沿った互いに隣り合う糸状部材（補強部材）５２の間隔Ｌ_１は、２０ｍｍ以下であることが望ましい。

図７は、本発明の他の実施形態の弾性膜４ｂを示す。この例の弾性膜４ｂの図５及び図６に示す弾性膜４ａと異なる点は、弾性膜４ｂの当接部４２の内部に、当接部４２のほぼ全域に亘って、当接部４２の中心から放射状に延びるように配置した、弾性膜４ｂよりも剛性（縦弾性係数）が高い複数の糸状部材５４から成る補強部材を埋設し、この糸状部材（補強部材）５４で当接部４２のほぼ全域を補強している点にある。

この例のように、放射状に配置される糸状部材（補強部材）５４で当接部４２のほぼ全域を補強する場合、互いに隣り合う糸状部材（補強部材）５４のなす角（ピッチ角）αは、５°以下であることが望ましい。

図８は、本発明の更に他の実施形態の弾性膜４ｃを示す。この例の弾性膜４ｃの図５及び図６に示す弾性膜４ａと異なる点は、弾性膜４ｃの当接部４２の内部に、当接部４２のほぼ全域に亘って、当接部４２の中心からコイル状に連続して延びるように配置した、弾性膜４ｃよりも剛性（縦弾性係数）が高い糸状部材５６から成る補強部材を埋設し、この糸状部材（補強部材）５６で当接部４２のほぼ全域を補強している点にある。

この例のように、コイル状に連続して配置される糸状部材（補強部材）５６で当接部４２のほぼ全域を補強する場合、半径方向に沿った互いに隣り合う糸状部材（補強部材）５６の間隔Ｌ_２は、２０ｍｍ以下であることが望ましい。

図９及び図１０は、本発明の更に他の実施形態の弾性膜４ｄを示す。この例の弾性膜４ｄの図５及び図６に示す弾性膜４ａと異なる点は、弾性膜４ｄの当接部４２の内部に、当接部４２のほぼ全域に亘って、互いに直交する縦方向及び横方向に直線状に延びる格子状に配置した、弾性膜４ｄよりも剛性（縦弾性係数）が高い複数の糸状部材５８から成る補強部材を埋設し、この糸状部材（補強部材）５８で当接部４２のほぼ全域を補強している点にある。

この例のように、格子状に配置される糸状部材（補強部材）５８で当接部４２のほぼ全域を補強する場合、糸状部材５８の縦方向及び横方向に沿ったピッチＬ_３，Ｌ_４は、共に２０ｍｍ以下であることが望ましい。

弾性膜の当接部の当接面に平行な方向の伸縮性抑制効果には等方性が求められる。このため、基板Ｗとして、半導体ウェハ等の円形のものを使用し、当接部４２も基板Ｗの形状に合った円形の形状を有している場合、図５及び図６に示す同心円状の糸状部材５２、図７に示す放射状に延びる糸状部材５４、または図８に示すコイル状の糸状部材５６で当接部４２のほぼ全域を補強することで、等方性を有する伸縮性抑制効果を確保しつつ、当接部４２のほぼ全域をより均一に補強することができる。

図９及び図１０に示すように、格子状に配置される糸状部材（補強部材）５８で当接部４２のほぼ全域を補強する場合には、等方性を有する伸縮性抑制効果を確保するため、位相を変更した２種類以上の配列を複数実施することが望ましい。

図１１は、本発明の更に他の実施形態の弾性膜４ｅを示す。この例の弾性膜４ｅの図２乃至図４に示す弾性膜４と異なる点は、第１周壁部４４及び第２周壁部４６の当接部４２との連接部（折り返し部）を除く鉛直部のほぼ全域を第２補強部材で補強し、これによって、前述のように、第１圧力室５及び第２圧力室７内を圧力流体で加圧した時に、第１周壁部４４及び第２周壁部４６の拡径を抑制するようにしている点にある。つまり、この例では、第１周壁部４４の鉛直部の内部に、例えば１ｍｍ以下の厚さを有する、弾性膜４ｅよりも剛性（縦弾性係数）の高いシート状の樹脂板６０ａからなる第２補強部材を埋設し、この樹脂板（第２補強部材）６０ａで第１周壁部４４の鉛直部ほぼ全域を補強している。同様に、第２周壁部４６の鉛直部の内部に、例えば１ｍｍ以下の厚さを有する、弾性膜４ｅよりも剛性（縦弾性係数）の高いシート状の樹脂板６０ｂからなる第２補強部材を埋設し、この樹脂板（第２補強部材）６０ｂで第２周壁部４６の鉛直部ほぼ全域を補強している。

前述のように、第１周壁部４４及び第２周壁部４６が当接部４２に連接されて上方に延びている場合、第１周壁部４４及び第２周壁部４６には、当接部４２の当接面４２ａに対して垂直な方向への十分な伸縮性が求められるが、この例のように、第１周壁部４４及び第２周壁部４６の当接部４２との連接部（折り返し部）を除く鉛直部のほぼ全域を第２補強部材で補強し、第１周壁部４４及び第２周壁部４６の当接部４２との連接部の伸縮性を確保することによって、つまり要求に応えることができる。

なお、前述と同様に、樹脂板６０ａ，６０ｂの代わりに、織布または不織布を使用し、第１周壁部４４及び第２周壁部４６の内部にそれぞれ埋設した織布または不織布で第１周壁部４４及び第２周壁部４６の鉛直部ほぼ全域を補強するようにしても良い。

図１２は、本発明の更に他の実施形態の弾性膜４ｆを示す。この例の弾性膜４ｆの図１１に示す弾性膜４ｅと異なる点は、第１周壁部４４の鉛直部の内部に、高さ方向に所定間隔離間して配置した、弾性膜４ｆよりも剛性（縦弾性係数）の高い複数のリング状の糸状部材６２ａからなる第２補強部材を埋設し、この糸状部材（第２補強部材）６２ａで第１周壁部４４の鉛直部ほぼ全域を補強し、同様に、第２周壁部４６の鉛直部の内部に、高さ方向に所定間隔離間して配置した、弾性膜４ｆよりも剛性（縦弾性係数）の高い複数のリング状の糸状部材６２ｂからなる第２補強部材を埋設し、このリング状の糸状部材（第２補強部材）６２ｂで第２周壁部４６の鉛直部ほぼ全域を補強している点にある。

このように、高さ方向に所定間隔離間して配置した複数のリング状の糸状部材６２ａ，６２ｂで第１周壁部４４及び第２周壁部４６をそれぞれ補強することで、第１周壁部４４及び第２周壁部４６の高さ方向の伸縮性を極力阻害しないようにすることができる。

なお、リング状の複数の糸状部材６２ａ，６２ｂの代わりに、一連に連続して延びるコイル状の糸状部材を使用し、第１周壁部４４及び第２周壁部４６の内部にコイル状の糸状部材をそれぞれ埋設することで、第１周壁部４４及び第２周壁部４６の高さ方向の伸縮性を極力阻害しないようにしつつ、第１周壁部４４及び第２周壁部４６の鉛直部ほぼ全域をコイル状の糸状部材でそれぞれ補強するようにしてもよい。

上記の例では、第１周壁部４４及び第２周壁部４６の双方を第２補強部材で補強するようにしているが、第１周壁部４４及び第２周壁部４６の一方を第２補強部材で補強するようにしても良い。

図１３は、本発明の更に他の実施形態の弾性膜４ｇを示す。この例の弾性膜４ｇの図２乃至図４に示す例と異なる点は、弾性膜４ｇの第１周壁部４４の外側面に板状の低摩擦部材７０を取り付けている点にある。このように、弾性膜４ｇの第１周壁部４４の外側面に低摩擦部材７０を取り付けることで、弾性膜４ｇの当接部４２の伸びにより第１周壁部４４とリテーナリング３（図２参照）が接触した場合でも、リテーナリング３の基板Ｗの外周部への押圧力の損失を低減することができる。

図１４は、本発明の更に他の実施形態の弾性膜４ｈを示す。この例の弾性膜４ｈの図１３に示す弾性膜４ｇと異なる点は、弾性膜４ｇの第１周壁部４４の外側面に、板状の低摩擦部材７０の代わりにコーティング皮膜７２を形成している点にある。このコーティング皮膜７２は、例えば含浸コーティング皮膜またはフッ素樹脂から成るコーティング皮膜である。
このように、弾性膜４ｇの第１周壁部４４の外側面にコーティング皮膜７２を形成することで、第１周壁部４４の厚みが増加してしまうことを防止することができる。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されて良いことはいうまでもない。

１基板保持装置
２装置本体
３リテーナリング
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ弾性膜
５第１圧力室
７第２圧力室
４２当接部
４２ａ当接面
４４第１周壁部
４６第２周壁部
５０樹脂板（補強部材）
５２，５４，５６，５８糸状部材（補強部材）
６０ａ，６０ｂ樹脂板（第２補強部材）
６２ａ，６２ｂ糸状部材（第２補強部材）
７０低摩擦部材
７２コーティング皮膜
１００研磨テーブル
１０１研磨パッド
１０１ａ研磨面

Claims

基板の外周部にリテーナリングを位置させて基板を保持する基板保持装置に用いられる弾性部材であって、
当接部と、第１周壁部と、第２周壁部を有する弾性膜と、
前記弾性膜より剛性が高く、前記弾性膜の当接部をほぼ全域に亘って補強する第１補強部材とを備え、
前記弾性膜の当接部は、基板と当接する当接面を有し、
前記弾性膜の第１周壁部は、前記当接部の外周端に連接されて上方に延び、
前記弾性膜の第２周壁部は、前記第１周壁部の内側で前記当接部に連接されて上方に延び、
前記弾性膜の第２周壁部は、外側に第１圧力室を、内側に第２圧力室をそれぞれ形成し、
前記第１補強部材は、前記弾性膜の当接部のほぼ全域に亘って埋設されていることを特徴とする弾性部材。
前記当接部は円形で、前記第１補強部材は、前記当接部のほぼ全域に放射状に配置された糸状部材から成ることを特徴とする請求項１記載の弾性部材。
前記当接部は円形で、前記第１補強部材は、前記当接部のほぼ全域に同心円状に配置された糸状部材から成ることを特徴とする請求項１記載の弾性部材。
前記当接部は円形で、前記第１補強部材は、前記当接部のほぼ全域に渦巻き状に配置された糸状部材から成ることを特徴とする請求項１記載の弾性部材。
前記第１補強部材は、前記当接部のほぼ全域に格子状に配置された糸状部材から成ることを特徴とする請求項１記載の弾性部材。
前記第１補強部材は、前記当接部のほぼ全域に配置された不織布または織布から成ることを特徴とする請求項１記載の弾性部材。
前記第１補強部材は、前記当接部のほぼ全域に配置された樹脂板から成ることを特徴とする請求項１記載の弾性部材。
前記当接部には、吸着穴が設けられ、前記第１補強部材は、前記吸着穴及びその周囲を除く領域に配置されていることを特徴とする請求項１記載の弾性部材。
前記第１周壁部と前記第２周壁部の少なくとも一方は、弾性膜より剛性の高い第２補強部材により補強されていることを特徴とする請求項１記載の弾性部材。
基板の外周部にリテーナリングを位置させて基板を保持する基板保持装置に用いられる弾性部材であって、
当接部と、第１周壁部と、第２周壁部を有する弾性膜と、
前記弾性膜より剛性が高く、前記弾性膜の当接部をほぼ全域に亘って補強する第１補強部材と、
前記弾性膜より剛性が高い第２補強部材とを備え、
前記弾性膜の当接部は、基板と当接する当接面を有し、
前記弾性膜の第１周壁部は、前記当接部の外周端に連接されて上方に延び、
前記弾性膜の第２周壁部は、前記第１周壁部の内側で前記当接部に連接されて上方に延び、
前記弾性膜の第２周壁部は、外側に第１圧力室を、内側に第２圧力室をそれぞれ形成し、
前記第２補強部材は、前記当接部との連接部を除いて、前記第１周壁部と前記第２周壁部の少なくとも一方を補強することを特徴とする弾性部材。
前記第２補強部材は、高さ方向に沿って所定間隔離間して配置された糸状部材から成ることを特徴とする請求項９又は１０記載の弾性部材。
前記第２補強部材は、コイル状の糸状部材から成ることを特徴とする請求項９又は１０記載の弾性部材。
前記第２補強部材は、樹脂板、不織布または織布から成ることを特徴とする請求項９又は１０記載の弾性部材。
前記第１周壁部の外側面に低摩擦部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１又は１０記載の弾性部材。
基板の外周部にリテーナリングを位置させて基板を保持する基板保持装置に用いられる弾性部材であって、
当接部と、第１周壁部と、第２周壁部を有する弾性膜と、
前記弾性膜より剛性が高く、前記弾性膜の当接部をほぼ全域に亘って補強する第１補強部材とを備え、
前記弾性膜の当接部は、基板と当接する当接面を有し、
前記弾性膜の第１周壁部は、前記当接部の外周端に連接されて上方に延び、
前記弾性膜の第２周壁部は、前記第１周壁部の内側で前記当接部に連接されて上方に延び、
前記弾性膜の第２周壁部は、外側に第１圧力室を、内側に第２圧力室をそれぞれ形成し、
前記第１周壁部の外側面に低摩擦部材が取り付けられていることを特徴とする弾性部材。
前記低摩擦部材は、コーティング皮膜であることを特徴とする請求項１４又は１５記載の弾性部材。
前記コーティング皮膜は、含浸コーティング皮膜であることを特徴とする請求項１６記載の弾性部材。
前記コーティング皮膜は、フッ素樹脂から成ることを特徴とする請求項１６記載の弾性部材。